Controle da expressãogênica.

Mecanismos Genéticos Moleculares quecriam tipos celulares especializados

Bianca Bacelar, Iasmin Ribeiro

1. Mecanismos de diferenciação celular

Memória Celular: Todas as células são capazes de ativar ou desativar seus genes de

acordo com mudanças no seu ambiente. Quando uma célula se compromete em

diferenciar um tipo celular específico, a célula mantêm esse comprometimento nas

próximas gerações.

MAS NÃO É REGRA!

Por exemplo: O repressor do triptofano desativa genes do triptofanodas bactérias. Assim

que ele é removido os genes são novamente ativos e os descendentes da célula não

terão registros ao que os ancestrais foram expostos.

2. Variação de fase em bactérias; Ex.: Ocorre na bactéria Salmonella por Inversão gênica, ou seja, Ocorre pela

inversão ocasional de um pedaço especifico de DNA de 1.000 pares denucleotídeos. Isso altera a expressão da proteína flagelina;

A inversão é catalizada por uma enzima de recombinação, a qual altera aorientação do promotor que está entre o segmento de DNA invertido. Com opromotor em uma orientação, as bactérias sintetizam um tipo de flagelina. Como promotor em outra, sintetizam outro tipo;

É quase certo que a variação de fase tenha evoluído para proteger apopulação bacteriana;

Ex.: Neisseria gonorrhoeae evita o ataque imune com uma mudança herdável,Conversão gênica: Transferencia de sequencias de DNA de um local para outro.

3. Um conjunto de proteínas de regulação gênicadetermina o tipo celular em leveduras que se reproduzempor brotamento;

As leveduras tem servido de organismos modelo para o estudo demecanismos de controle genico;

Ex.: A Saccharomyces cerevisiae é um eucarioto unicelular, que existeem estado haplóide e diplóide;

As células diplóides formam-se por um processo chamadoacasalamento. No qual duas células haplóides se fusionam;

Na S. serevisiae existem dois tipos de acasalamento;

Produção deproteínas

sinlizadoras ereceptoras

Em conj.Possibilitam a célula

reconhecer e serreconhecida pela

célula do tipooposto.

4. Duas proteínas que reprimem a síntese uma da outradeterminam o estado herdável do bacteriófago lambda;

Um dos exemplos mais simples de produzir padrões de regulaçãogênica é encontrado no vírus bacteriano (bacteriófago) lambda,em que um controle induz o vírus a alternar-se entre dois estadosestáveis autossustentados. O controle entre esses dois estados émediado por proteínas codificadas pelo genoma do bacteriófago.

A proteína repressora de lambda (proteína cI) e a proteína Cro.Essas proteínas reprimem a síntese uma da outra, em um arranjoque origina somente dois estados estáveis(estado de profago) e (oestado lítico).

No estado estável 1 (o estado de profago), o bacteriófago sintetiza umaproteína repressora, a qual ativa a sua própria síntese e desativa a síntese devárias outras proteínas do bacteriófago, incluindo a proteína Cro. No estado 2 (oestado lítico), o bacteriófago sintetiza a proteína ero, a qual desativa a sínteseda proteína repressora, de maneira que muitas proteínas do bacteriófagosão produzidas e o DNA viral replica-se livremente na célula de E. coli, produzindofinalmente muitas partículas de bacteriófago novas e matando a célula.Este exemplo mostra como duas proteínas de regulação gênica podem sercombinadas em um circuito para produzir dois estados herdáveis.

Quando a bactéria hospedeira está crescendo bem, um vírus

infectivo tende a adotar o estado 1, permitindo que o DNA do vírus

multiplique-se com o cromossomo do hospedeiro. Quando a célula

hospedeira é danificada, um vírus integrado converte-se do estado

1 para o estado 2 a fim de multiplicar-se no citoplasma da célula e

fazer uma saída rápida.

5. circuitos de regulação gênica

• Circuito de retroalimentação Positiva: Fornece um mecanismo de memória

simples.

Algumas proteínas estimulam sua própria transcrição, criando um circuito de

retroalimentação positiva que promove sua síntese continuada; ao mesmo

tempo muitas proteínas reprimem a transcrição de genes codificantes para

outras proteínas de regulação gênica importantes. Assim, forma-se um padrão

de comportamento herdado que pode ser conseguido com algumas proteínas

de regulação gênica.

O diagrama mostra como este circuito pode criar

uma memória celular:

6. Circuitos de Regulação Gênica

Os circuitos de regulação gênica simples podem ser combinados para criar

todos os tipos de mecanismos de controle.

• Circuito de Retroalimentação Negativa: Funciona como um detector de

alterações bruscas dentro da célula.

• Circuito de Retroalimentação Direta: Pode servir como filtro, respondendo a

sinais prolongados recebidos sem considerar sinais curtos.

AINDA NÃO SE ENTENDE COMO ESTUDAR ESTES CIRCUITOS!

7. Os relógios circadianos

A vida na terra evoluiu na presença do dia e da noite e muitos organismo

apresentam um ritmo interno que dita diferentes comportamentos em

diferentes momentos do dia. Os osciladores internos que controlam tais

ritmos são chamados de relógios circadianos.

8. A expressão de um conjunto de genes pode sercoordenada por uma única proteína;

os efeitos de uma única proteína de regulaçãogênica ainda podem ser decisivos na ativaçãoou na desativação de um gene particular,simplesmente por completar a combinaçãonecessária para maximizar a ativação ou arepressão daquele gene. Dessa forma a adiçãode uma proteína em particular pode ativarmuitos genes diferentes.

Ex.: em humanos é o controle da expressãogênica controlado pela proteína receptora deglicocorticoides.

HORMÔNIOESTERÓIDE

PROTEÍNARECEPTORA DE

GLICOCORTICÓIDES

10. O controle gênico combinatório;

Com o controle combinatório, uma dada proteína de regulação gênica não temnecessariamente uma única função simples e definida, como comandante de umabateria particular de genes ou como especificadora de um determinado tipocelular.

Um requisito do controle combinatório é o de que muitas proteínas de regulaçãogênica precisam ser capazes de trabalhar juntas a fim de influenciar a taxa final detranscrição.

ova proteína de regulação gênica em uma célula dependerá do passado histó ricoda célula, uma vez que essa história irá determinar quais proteínas de regulaçãogênica já estão presentes.

11. A formação de um órgão inteiro pode serdesencadeada por uma única proteína;

Como uma proteína pode converter um tipo celular em outro. Um

desdobramento dramático desse princípio vem de estudos sobre o

desenvolvimento do olho em Drosophila. Aqui, uma proteína de regulação

gênica, chamada de Ey (abreviatura para Eyeless, sem olhos, em inglês).

Quando expressa no contexto correto, Ey pode desencadear a formação

não somente de um único tipo celular, mas de todo um órgão (um olho),

composto de diferentes tipos de células, todas apropriadamente

organizadas no espaço tridimensional.

Como a expressão de um gene pode desencadear aformação de um olho na perna de Drosophila?

(A) Diagramas simplificados mostrando o resultado de quando uma larva de moscacontém o gene Ey expresso normalmente (esquerda) ou um gene Ey que é adicionalmente

expresso de forma artificial nas células que normalmente darãoorigem ao tecido da perna (direita). (B) Fotografia de uma perna anormal que

contém um olho em localização errada.(B, cortesia de Walter Gehring.)

12. O padrão de metilação do DNA;

A metilação do DNA possui vários usos na célula vertebrada. Talvez sua

função mais importante seja a de trabalhar em conjunto com outros

mecanismos de controle da expressão gênica para o estabelecimento de

uma forma eficiente de expressão gênica que possa ser repassada para a

progênie celular de forma segura.

Padrão de metilação herdado fielmente:

13. A impressão genômica necessita de metilação doDNA;

Impressão genômica: A expressão de uma pequena minoria de

genes depende de ele ser herdado do pai ou da mãe: enquanto

uma cópia herdada do pai é ativa, a herdada da mãe é

silenciosa, ou vice-versa.

14. As ilhas ricas em CG;

O genoma de mamíferos contém em torno de 20.000 ilhas CG. A maioria das ilhasmarca os finais 5' das unidades de transcrição e assim, presumivelmente, dos genes.A presença das ilhas CG, dessa forma, frequentemente fornece uma maneiraconveniente de identificação dos genes nas sequências de DNA dos genomas devertebrados.

15. Mecanismos epigenéticos

Uma vez que uma célula em um organismo se diferencia em um tipo

celular, ela geralmente permanece especializada daquela maneira; se

suas filhas se dividem herdam o mesmo caráter de especialização.

Já foram descritas várias maneiras de possibilitar as células filhas

‘’lembrarem-se’’ a que tipo de célula correspondem; como a

retroalimentação positiva que ativa a transcrição do seu próprio gene e

a metilação do DNA que pode servir como uma maneira de propagar

padrões de expressão gênica para os descendentes.

15. Mecanismos Epigenéticos

• Herança Epigenética: É a habilidade da célula filha de reter uma memória dopadrão de expressão gênica que estava presente na célula parental.

Acreditava-se que o DNA era um carregador da informação herdável mas oscromossomos também carregam grande quantidade de informações que éEPIGENÉTICA.Por exemplo: Expressão Mono-alélica onde somente uma das cópias de certos geneshumanos é expressa.

16. Alterações cromossômicas Machos e fêmeas diferem em seus cromossomos sexuais. As fêmeas

possuem dois cromossomos X, enquanto os machos possuem um X e um Y.Por isso as células das fêmeas contém duas vezes mais cópias de genes docromossomo X do que as células dos machos. Em mamíferos, cromossomossexuais X e Y diferem em seu conteúdo gênico: o cromossomo X contémmais de mil genes e o Y contém menos de cem genes. Os mamíferosdesenvolveram um mecanismo de compensação de dose para equalizara dosagem dos produtos gênicos do cromossomo X entre machos efêmeas.

17. O controle da expressão gênica éintrinsecamente variável.

Até determinístico, de maneira que, se alguém conhecesse as concentrações agoraneste capítulo discutimos a expressão gênica como se fosse um processo estritamentede todas as proteínas de regulação gênica relevantes e outras moléculascontroladoras, o nível da expressão gênica seria previsível de forma precisa. Narealidade, existe uma grande quantidade de variações ao acaso no comportamentodas células. Em parte, isso acontece porque existem flutuações ao acaso noambiente, alterando as concentrações das moléculas reguladoras dentro da célulade maneiras imprevisíveis.

Por fim, deve-se ter em mente que o comportamento das células se dá, muitas vezesde forma randômica, onde as condições químicas e ambientais são fatores queinfluenciam na expressão genica.

Referências ALBERTS, Bruce. Biologia molecular da célula/ Bruce Alberts...[et al.]; tradução

Ana Letícia Vans... [et al.].-5.ed. – Dados eletrônicos. - Porto Alegre:

Artmed,2010.

Google Imagens <acesso em 30 jun 2015>.